JP4992400B2 - 浮沈子位置制御装置、情報提示装置 - Google Patents

Description

本発明は、浮沈子の位置を制御する装置、及びその装置を利用した情報提示装置に関するものである。

従来、浮沈子という玩具が知られている。
この浮沈子は、下記で説明する原理により、容器内を浮き沈みする動作を行う。

浮沈子が容器内で浮き沈みする原理について説明する。
浮沈子とは、空気などの気体を内包しているもので、水などの媒質を満たした容器の中に入れて使用する。
容器内の浮沈子は、自身の重量分の重力を受けており、また、アルキメデスの原理から、浮沈子の体積と等しい水の重量分だけ浮力を受ける。
容器に対して圧力をかけると、パスカルの原理から、容器内に存在している浮沈子に対しても同様に圧力がかかる。この圧力変化により、浮沈子内に存在する気体の体積は、ボイルの法則に従って変化する。
容器に圧力をかけると、上記の物理現象に従い、浮沈子内の気体は体積が縮小し、それに伴い、浮沈子に働く浮力も小さくなり、その結果、浮沈子は沈む。同様に、容器に加える圧力を緩めると、浮沈子内の気体の体積も大きくなり、それに伴い、浮力が大きくなり、その結果、浮沈子は浮く。
以上のような性質から、浮沈子は玩具としてのみならず、物理現象を学ぶための教材として用いられることもある。

また、『クラゲと同様に動作してリアル性を向上できる遊泳玩具』に関する技術として、『以下の要件を備えたこと。（イ）全体がクラゲ型の形状を有していること（ロ）頭部１は、頭部本体１ａと、頭部本体１ａの周囲に放射状に配置されかつ上下方向に揺動可能に設けられた複数の揺動アーム２と、頭部本体１ａと揺動アーム２の上部に設けられた薄膜の傘状体３とにより形成されていること（ハ）頭部１には、傘状体３を上下動させる駆動機構が設けられ、頭部本体１ａには上記駆動機構を作動させるモータ４と、モータ４を作動させる乾電池５とを収納する収納部６が設けられていること』というものが提案されている（特許文献１）。
また、『以下の要件を備えたこと。（イ）遊泳体本体１がクラゲ型の形状を有していること（ロ）遊泳体本体１には頭部１ａに設けた傘状体５が上下に作動自在に設けられていること（ハ）遊泳体本体１には、傘状体５を上下動させる駆動機構が設けられていること（ニ）駆動機構の動力源がソーラーパネル２であること』というものも提案されている（特許文献２）。
これらの技術は、『リアル性に優れ、見る者にあたかも生きているかのような新鮮な印象を与えることができるほか、ゆらゆらと遊泳する遊泳玩具の動きに見る者に知らぬ間にリラックスでき、心が癒される』という効果がある。

特開２００２−２８３８０号公報（要約、発明の効果） 特開２００１−３４０６６２号公報（要約、発明の効果）

上記で説明した浮沈子の応用例として、浮沈子を複数配置してその浮遊位置を自在に制御することにより何らかの形状や意味を形作るように構成し、ユーザへ情報を提示することのできる装置を提供することが考えられる。
しかし、上述の従来技術は、玩具やオブジェとして用いられることを予定したものであり、情報提示装置として用いるものではないため、外部から指示を与えて浮遊体の浮遊位置を制御するものではなく、そのような機構も備えていない。
このような外部からの浮遊体の浮遊位置制御を行うためには、浮遊体が能動的に移動するためのモータ等の機構とその制御系を備える必要があり、全体として大型になってしまう。
また、水中浮遊体は水中環境に敏感であり、制御精度を求めようとすると、浮遊体自体の制御のみならず、浮遊体が存在する水中環境も制御する必要がある。即ち、操作対象パラメータが多くなり、制御系が複雑になるため、システム全体として複雑化してしまい、情報提示装置として用いるには適さないという課題がある。
そのため、浮沈子自体に能動的に移動するための機構を備えることなく、外部から指示を与えて浮沈子の浮遊位置を制御することのできる浮沈子位置制御装置、及びその装置を利用した情報提示装置が望まれていた。

本発明に係る浮沈子位置制御装置は、
第１媒質を満たした容器と、
内部に第２媒質を満たし、前記第１媒質内に浮遊自在に配した浮沈子と、
前記第１媒質に圧力を印加する動作部と、
前記動作部の動作を制御する制御部と、
前記浮沈子の目標位置を入力する入力部と、
前記浮沈子の前記第１媒質内における位置を計測する計測部と、
を備え、
前記制御部は、
前記入力部から前記目標位置を表す情報を受け取るとともに、
前記計測部から前記浮沈子の位置情報を逐次受け取り、
前記浮沈子の位置が、前記目標位置から所定の閾値以上ずれている際には、
前記第１媒質に印加する圧力を加減して、前記浮沈子の位置を目標位置に近づけるように、前記動作部を制御する
ことを特徴とするものである。

本発明に係る浮沈子位置制御装置によれば、浮沈子自体に能動的に移動するための機構を備えることなく、簡素な構成で、外部から指示を与えて浮遊位置を制御することができる。これにより、装置全体を簡潔かつ小さくすることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る浮沈子位置制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。
浮沈子位置制御装置１００は、入力部１０１、制御部１０２、計測部１０３、動作部１０４、容器部１０５、浮沈子１０６を備える。

入力部１０１は、例えばキーボードなどで実現される情報入力装置であり、ユーザが容器部１０５内の浮沈子１０６の目標位置情報を入力するためのものである。構成はキーボードに限られるものではなく、コンピュータなどの他の制御系からの入力信号を受け付けるようにしてもよい。

制御部１０２は、入力部１０１より、容器部１０５内の浮沈子１０６の目標位置情報を受け取るとともに、計測部１０３に対して計測指令信号を送信し、その計測結果を受け取る。また、計測部１０３の計測結果に基づき、動作部１０４に対し指令信号を送信する。
ここでいう計測指令信号とは、計測を開始する、計測結果送信を要求する、計測状態を変更するといった、計測部１０３を動作させるための信号である。

計測部１０３は、制御部１０２より計測指令信号を受け取り、動作部１０４、容器部１０５、浮沈子１０６の状態を計測する。
動作部１０４の状態とは、動作部１０４を制御する際に必要となる情報であり、例えば、動作部１０４が容器部１０５に圧力を加えることができるロボットアームなどで構成される場合には、ロボットアームの開閉角度情報などが含まれる。この情報は、動作部１０４の構成によって異なるものであり、その計測手段も構成によって変更する。
容器部１０５の状態とは、動作部１０４によって操作される要素であり、例えば容器内部の温度・圧力に関する情報などである。この容器部１０５の状態を、動作部１０４の機能を通して変化させることで、動作部１０４は容器部１０５内における浮沈子１０６の位置を制御する。この情報は、容器部１０５の構成によって異なるものであり、その計測手段も構成によって変更する。
また、浮沈子１０６を動かすための動作以外に、情報提示の表現法の多様化のために容器部１０５自体を動作させる場合、容器部１０５の位置・姿勢などの情報も容器部１０５の状態に含まれるものとする。
浮沈子１０６の状態とは、容器部１０５内における浮沈子１０６の位置情報などである。上記浮沈子１０６の状態の計測手段としては、例えば、画像処理計測による位置計測法などがある。
また、計測の方法としては、色識別型の計測装置による位置計測、浮沈子１０６にＩＤタグを取り付け、一定間隔で設置したタグリーダにより位置を読み取って計測する方法、音波を用いた位置計測法なども当然利用可能である。
計測部１０３により計測された各種情報は、制御部１０２へと送信される。

動作部１０４は、制御部１０２より指令信号を受け取り、その指令信号に従って、容器部１０５に対して物理的に仕事を行い、容器部１０５の状態を変化させる機能部である。
動作部１０４の一例として、動作部１０４が容器部１０５に圧力を加えることができるロボットアームなどで構成することができる。この場合の指令信号は、アームの開閉角度を指示する信号などであり、動作部１０４は容器部１０５を圧迫することによって、容器部１０５内にかかる圧力を変化させる動作を行う。

容器部１０５は、水・空気といった媒質、および浮沈子１０６を内包しており、密封されている。容器部１０５の形状、内包される媒質の性質などは、様々な形態をとる。

浮沈子１０６は、容器部１０５内に満たされた媒質中に、浮遊自在に配されている。また、能動的に容器部１０５内を移動するための動力は備えておらず、容器部１０５内の圧力変化に伴い浮沈子１０６にかかる浮力が変化することで、受動的に容器部１０５内を移動する。
また、浮沈子１０６は、外部から加えられる圧力により体積が変化する媒質を内包している。

図２は、浮沈子制御装置１００の具体的な構成例を示すものである。
入力部１０１はコンピュータのキーボード等の入力装置、制御部１０２はコンピュータのＣＰＵ等の演算装置で構成している。
動作部１０４は、ロボットアームとして構成し、アームの開閉を行うことにより容器部１０５を圧迫して容器部１０５内の圧力を変化させ、浮沈子１０６の位置を制御する。
計測部１０３は、動作部１０４のアームの開閉角度などを計測するとともに、容器部１０５内の圧力を計測し、制御部１０２へ出力する。また、浮沈子１０６の容器部１０５内における位置を計測し、制御部１０２へ出力する。
制御部１０２は、計測部１０３の計測値と、ユーザが入力部１０１で入力した浮沈子１０６の目標位置を受け取り、動作部１０４のアーム開閉角度を制御する。詳細は後述の図３で説明する。

ここで、浮沈子１０６が容器部１０５内で浮き沈みする原理について説明する。
容器部１０５内の浮沈子１０６は、自身の重量分の重力を受けており、また、アルキメデスの原理により、浮沈子１０６の体積と等しい水の重量分だけ、浮力を受ける。
動作部１０４により容器部１０５に圧力が加えられると、パスカルの原理から、同様の圧力が浮沈子１０６にも作用する。この圧力により、浮沈子１０６内に存在する気体の体積は、ボイルの法則に従って変化する。
容器部１０５に圧力が加えられると、浮沈子１０６内の気体も圧力を受け、体積が縮小し、それに伴い、浮沈子１０６に働く浮力も小さくなり、その結果として下方に沈む。同様に、容器部１０５に加える圧力を緩めると、浮沈子１０６の体積も大きくなり、それに伴い、浮沈子１０６に働く浮力も大きくなり、その結果として上方に浮く。
上記の原理は、容器部１０５、浮沈子１０６の内部を満たす媒質が別の要素であっても同様に成り立つ。

図３は、浮沈子制御装置１００の動作フローである。以下、各ステップについて説明する。

（Ｓ３０１）
事前設定項目として、位置許容誤差（α）の値を指定しておく。これは、浮沈子１０６の目標位置と計測位置の誤差の許容値である。両者の差がこの値の範囲内である場合は、浮沈子１０６が目標位置にあるものとみなし、両者の差がこの値を超えた場合には、後述ステップにより浮沈子１０６の位置を制御する。
位置許容誤差（α）の値は、ユーザが入力部１０１から入力してもよいし、浮沈子制御装置１００の製造時点でＲＯＭ等にプリセットしておき、浮沈子位置制御装置１００の動作開始時に読み出すようにしてもよい。
指定された値は、制御部１０２に通知される。
（Ｓ３０２）
ユーザは、入力部１０１を操作して、浮沈子１０６の目標位置を入力する。入力した値は、制御部１０２へ通知される。
（Ｓ３０３）
以後のステップは、浮沈子制御装置１００の動作継続中は繰り返し行う。
（Ｓ３０４）
制御部１０２は、計測部１０３に対し、浮沈子１０６の位置の計測指令信号を出力する。計測部１０３は、浮沈子１０６の容器部１０５内における位置（Ｂ）を計測し、制御部１０２へ出力する。
浮沈子１０６の位置とは、例えば容器部１０５の底部を基準位置とした、浮沈子１０６が位置する高さのことである。
（Ｓ３０５）
制御部１０２は、浮沈子１０６の目標位置Ａと計測位置Ｂの差が、ステップＳ３０１で指定した許容誤差αを超えているか否かを判定する。
許容誤差αを超えていなければステップＳ３０４へ戻り、超えていればステップＳ３０６へ進む。
（Ｓ３０６）
制御部１０２は、計測部１０３に対し、容器部１０５内の圧力の計測指令信号を出力する。計測部１０３は、容器部１０５内の圧力を計測し、制御部１０２へ出力する。
（Ｓ３０７）
制御部１０２は、浮沈子１０６の目標位置Ａと計測位置Ｂにより、両者の位置関係を判定する。「Ａ−Ｂ＞０」であれば、目標位置Ａの方が上にあり、「Ａ−Ｂ＜＝０」であればその逆（又は等しい）を表す。
「Ａ−Ｂ＞０」であればステップＳ３０８へ進み、「Ａ−Ｂ＜＝０」であればステップＳ３０９へ進む。
（Ｓ３０８）
制御部１０２は、動作部１０４に対し、容器部１０５の圧迫を緩めるように指令信号を出す。動作部１０４は、その指令信号に従い、容器部１０５の圧迫を緩めるようにアームの開閉角度を調節する。
なお、開閉角度の調節量は、ステップＳ３０６で計測した容器部１０５内の圧力に応じて適当に設定すればよい。ステップＳ３０９においても同様である。
容器部１０５の圧迫を緩めると、容器部１０５内の圧力が低下し、浮沈子１０６の体積が膨らんで浮力が増すので、浮沈子１０６の位置が上昇する。これにより、浮沈子１０６の位置が目標位置Ａに近づく。
（Ｓ３０９）
制御部１０２は、動作部１０４に対し、容器部１０５の圧迫を強めるように指令信号を出す。動作部１０４は、その指令信号に従い、容器部１０５の圧迫を強めるようにアームの開閉角度を調節する。
容器部１０５の圧迫を強めると、容器部１０５内の圧力が上昇し、浮沈子１０６の体積が縮んで浮力が低下するので、浮沈子１０６の位置が下降する。これにより、浮沈子１０６の位置が目標位置Ａに近づく。

以上のように、本実施の形態１によれば、浮沈子１０６に容器部１０５内を能動的に移動する動力を持たせることなしに、浮沈子の動作制御を行うことが可能となる。
これにより、浮沈子１０６自体を簡素に構成することができるため、装置全体を小さくすることが容易となり、また装置全体を大きくする場合でも、構成が簡素であることから、コストやエネルギーが少なくてすむため、スケーラブルに拡張することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、動作部として、容器部と連通し、内部環境を一部共有したピストン機構を備えるシリンダ要素を追加する。ピストンの押し込み、引き抜きなどの動作を通して、容器を変形させずに容器内の圧力を変更・制御することで、浮沈子をより精密に制御することができる。

図４は、本発明の実施の形態２に係る浮沈子位置制御装置４００の機能構成を示すブロック図である。
図４の浮沈子位置制御装置４００は、動作部４０４の構成が実施の形態１の動作部１０４と異なる。また、それに伴い、動作部４０４に関与する制御部４０２、計測部４０３、容器部４０５の構成及び動作も実施の形態１と異なる。
その他の構成は図１と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。

制御部４０２は、入力部１０１より、容器部４０５内の浮沈子１０６の目標位置情報を受け取り、計測部４０３に対して計測指令信号を送信し、その計測結果を受け取る。また、計測部４０３の計測結果に基づき、動作部４０４に対し指令信号を送信する。

動作部４０４は、加減圧可能なピストン機構付シリンダなどで構成され、制御部４０２より指令信号を受け取り、その指令信号に従って、容器部４０５に対して物理的に仕事を行い、容器部４０５内の状態を変化させる機能部である。
指令信号とは、ピストンの押し込み量を指示する信号などであり、動作部４０４は、ピストンの押し込み・引き抜きを行うことにより、容器部４０５内にかかる圧力を変化させる動作を行う。

計測部４０３は、制御部４０２より計測指令信号を受け取り、動作部４０４、容器部４０５、浮沈子１０６の状態を計測する。
動作部４０４の状態とは、動作部４０４を制御する際に必要となる情報であり、ピストンの押し込み量などのことである。この情報は、動作部４０４の構成によって異なるものであり、その計測手段も構成によって変更する。
容器部４０５の状態とは、動作部４０４によって操作される要素であり、例えば容器内部の温度・圧力に関する情報などである。この容器部４０５の状態を、動作部４０４の機能を通して変化させることで、動作部４０４は容器部４０５内における浮沈子１０６の位置を制御する。この情報は、容器部４０５の構成によって異なるものであり、その計測手段も構成によって変更する。
また、浮沈子１０６を動かすための動作以外に、情報提示の表現法の多様化のために容器部４０５自体を動作させる場合、容器部４０５の位置・姿勢などの情報も容器部４０５の状態に含まれるものとする。
計測部４０３により計測された各種情報は、制御部４０２へと送信される。

容器部４０５は、水のような液体あるいは空気のような気体からなる媒質、および浮沈子１０６を内包しており、動作部４０４と連通して内部環境を一部共有し、密封されている。
また、実施の形態１とは異なり、剛性が高く構成されている。これは、剛性が低く変形可能な容器であると、動作部４０４のピストンを操作して圧力変化を行う際に、容器の変形により体積が変化し、ボイルの法則より、圧力変化を行うのに支障をきたすからである。
上記の性質により、容器部４０５内の環境変化と動作部４０４内の環境変化の間には対応関係があるため、容器部４０５内の環境計測を行う代わりに動作部４０４の環境計測（例えばシリンダ内の圧力計測）を行っても、同等の意味を持つことになる。
容器部４０５の形状、内包される媒質の性質などは、様々な形態をとる。

図５は、浮沈子制御装置４００の具体的な構成例を示すものである。
動作部４０４は、ピストン機構を備えた注射器形シリンダを用いている。このシリンダは、容器部４０５内の気体充填部と連通している。ピストンの押し込み・引き抜きを行うことで、容器部４０５内の圧力を変化させ、浮沈子１０６の位置を制御する。
計測部４０３は、動作部４０４ピストンの押し込み量などの状態を計測し、制御部４０２へ出力する。また、容器部４０５内の圧力を計測し、制御部４０２へ出力する。なお、動作部４０４は空間的に容器部４０５内と連通しているので、動作部４０４のシリンダ内圧力を計測しても、これと同等である。
制御部４０２は、計測部４０３の計測値と、ユーザが入力部１０１で入力した浮沈子１０６の目標位置を受け取り、ピストンの押し込み量を制御する。詳細は後述の図６で説明する。

図６は、浮沈子制御装置４００の動作フローである。以下、各ステップについて説明する。

（Ｓ６０１）〜（Ｓ６０５）
図３のステップＳ３０１〜Ｓ３０５と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ６０６）
制御部４０２は、計測部４０３に対し、動作部４０４のシリンダ内の圧力の計測指令信号を出力する。計測部４０３は、動作部４０４のシリンダ内の圧力を計測し、制御部４０２へ出力する。
（Ｓ６０７）
図３のステップＳ３０７と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ６０８）
制御部４０２は、動作部４０４に対し、ピストンを引くように指令信号を出す。動作部４０４は、その指令信号に従いピストンを引く動作を行う。ピストンを引くと、容器部４０５内の圧力が低下し、浮沈子１０６の体積が膨らんで浮力が増すので、浮沈子１０６の位置が上昇する。これにより、浮沈子１０６の位置が目標位置Ａに近づく。
なお、ピストンを引く際の動作量は、ステップＳ６０６で計測した容器部４０５内の圧力に応じて適当に設定すればよい。ステップＳ６０９においても同様である。
（Ｓ６０９）
制御部４０２は、動作部４０４に対し、ピストンを押すように指令信号を出す。動作部４０４は、その指令信号に従いピストンを押す動作を行う。ピストンを押すと、容器部４０５内の圧力が上昇し、浮沈子１０６の体積が縮んで浮力が低下するので、浮沈子１０６の位置が低下する。これにより、浮沈子１０６の位置が目標位置Ａに近づく。

以上のように、本実施の形態２によれば、動作部４０４として、ピストン機構を有したシリンダを用い、圧力制御部分を容器部４０５の外部に出すことで、加減圧操作や内部環境計測を、動作部４０４の操作・計測により間接的に行う。これにより、容器部４０５と動作部４０４の切り離しが容易になるため、容器部４０５、浮沈子１０６、及び動作部４０４の機能拡張・変更が行いやすくなり、メンテナンス性も向上する。
また、容器部４０５の剛性の向上により、装置としての安全性・信頼性が向上し、浮沈子１０６の位置の精密な制御が可能になる。これにより、別種のシステムに浮沈子位置制御装置４００を組み込むことも容易になり、浮沈子１０６の動きによる情報表現だけでなく、容器自体による情報表現も行いやすくなり、情報提示部としての容器部の性能が向上する。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、容器部内の温度を制御対象とし、浮沈子の浮き沈みのために必要な容器内の圧力を間接的に行うことのできる、浮沈子位置制御装置について説明する。これは、ボイル・シャルルの法則による、圧力・体積・温度の関係を用いるものである。
温度を制御する構成をとることにより、動作部の構成を簡素化でき、また動作部の動作時に生じる駆動音を低減できる。また、浮沈子位置制御装置の周囲の環境の温度変化にも対応することができる。

図７は、本発明の実施の形態３に係る浮沈子位置制御装置７００の機能構成を示すブロック図である。
図７の浮沈子位置制御装置７００は、動作部７０４の構成が、実施の形態１の動作部１０４や実施の形態２の動作部４０４と異なる。また、それに伴い、動作部７０４に関与する制御部７０２、計測部７０３、容器部７０５の構成及び動作も実施の形態１、２と異なる。
その他の構成は図１と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。

制御部７０２は、入力部１０１より、容器部７０５内の浮沈子１０６の目標位置情報を受け取り、計測部７０３に対して計測指令信号を送信し、その計測結果を受け取る。また、計測部７０３の計測結果に基づき、動作部７０４に対し指令信号を送信する。

動作部７０４は、加熱・吸熱機能を有するペルチェ素子などで構成される。
ペルチェ素子とは、直流電源を利用して、半導体の片面が冷却され、反対側の面に熱が移動するという特性を持つ素子である。また、＋、−極を反転すると、冷却面と放熱面が入れ替わるという特性を持ち、冷却・加熱、温度管理が可能となっている。
動作部７０４は、制御部４０２より指令信号を受け取り、その指令信号に従って、容器部７０５に対して物理的に仕事を行い、容器部７０５の状態を変化させる機能部である。
指令信号とは、放熱・冷却面を入れ替えるための電流の向きや、その度合いを調節する電圧値などを指示する信号である。

計測部７０３は、制御部７０２より計測指令信号を受け取り、動作部７０４、容器部７０５、浮沈子１０６の状態を計測する。
動作部７０４の状態とは、動作部７０４を制御する際に必要となる情報であり、ペルチェ素子の表面温度などのことである。この情報は、動作部７０４の構成によって異なるものであり、その計測手段も構成によって変更する。
容器部７０５の状態とは、動作部７０４によって操作される要素であり、例えば容器内部の温度情報などである。この情報は、容器部７０５の構成によって異なるものであり、その計測手段も構成によって変更する。
また、浮沈子１０６を動かすための動作以外に、情報提示の表現法の多様化のために容器部７０５自体を動作させる場合、容器部７０５の位置・姿勢などの情報も容器部７０５の状態に含まれるものとする。
計測部７０３により計測された各種情報は、制御部７０２へと送信される。

容器部７０５は、水のような液体あるいは空気のような気体からなる媒質、および浮沈子１０６を内包しており、密封されている。容器部７０５の形状、内包される媒質の性質などは、様々な形態をとる。

図８は、浮沈子制御装置７００の具体的な構成例を示すものである。
動作部７０４は、ペルチェ素子を用いている。このペルチェ素子に印加する電圧変化によって生じる吸熱・放熱反応の効果を直接的、あるいは間接的に容器部７０５に及ぼすことで、容器部７０５内の温度を変化させ、それに伴い、ボイル・シャルルの法則により圧力変化を引き起こし、浮沈子１０６の位置を制御する。
計測部７０３は、動作部７０４のペルチェ素子の放熱・吸熱部分の温度などを計測し、制御部７０２へ出力する。また、容器部７０５内の温度などを計測し、制御部７０２へ出力する。
制御部７０２は、計測部７０３の計測値と、ユーザが入力部１０１で入力した浮沈子１０６の目標位置を受け取り、動作部７０４のペルチェ素子の電圧量、電流の向きなどを制御する。詳細は後述の図９で説明する。

なお図８では、動作部７０４による加熱・冷却動作をペルチェ素子のみで構成する例を説明したが、例えば冷却を行うためのファンと加熱を行うためのヒータをそれぞれ設けてもよい。

図９は、浮沈子制御装置７００の動作フローである。以下、各ステップについて説明する。

（Ｓ９０１）〜（Ｓ９０５）
図３のステップＳ３０１〜Ｓ３０５と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ９０６）
制御部７０２は、計測部７０３に対し、動作部７０４のペルチェ素子の容器部７０５へ接触している放熱・吸熱部分の温度（Ｃ）を計測するように指令信号を出力する。計測部７０３は、動作部７０４のペルチェ素子の容器部７０５へ接触している放熱・吸熱部分の温度（Ｃ）を計測し、制御部７０２へ出力する。
（Ｓ９０７）
図３のステップＳ３０７と同様であるため、説明を省略する。
（Ｓ９０８）
制御部７０２は、動作部７０４に対し、容器部７０５内の温度をＣより下げるように指令信号を出す。動作部７０４は、その指令信号に従い、ペルチェ素子の容器部７０５と接触する面が冷却（吸熱）側になるように電流の向きを制御し、電圧値を調節する。
容器部７０５内の温度がＣより下がると、ボイル・シャルルの法則により容器部７０５内の圧力が低下し、浮沈子１０６の体積が膨らんで浮力が増すので、浮沈子１０６の位置が上昇する。これにより、浮沈子１０６の位置が目標位置Ａに近づく。
なお、温度の調節量は、ステップＳ９０６で計測した容器部７０５内の温度に応じて適当に設定すればよい。ステップＳ９０９においても同様である。
（Ｓ９０９）
制御部７０２は、動作部７０４に対し、容器部７０５内の温度をＣより上げるように指令信号を出す。動作部７０４は、その指令信号に従い、ペルチェ素子の容器部７０５と接触する面が放熱側になるように電流の向きを制御し、電圧値を調節する。
容器部７０５内の温度がＣより上がると、ボイル・シャルルの法則により容器部７０５内の圧力が上昇し、浮沈子１０６の体積が縮んで浮力が低下するので、浮沈子１０６の位置が下降する。これにより、浮沈子１０６の位置が目標位置Ａに近づく。

以上のように、本実施の形態３によれば、動作部７０４に容器部７０５内の温度を変化させることができる機能を持たせ、容器内の温度制御を通して間接的に容器部７０５内の圧力を操作する仕様としたので、容器部７０５内の環境の圧力・温度の双方を制御できるようになり、浮沈子位置制御装置７００周囲の環境の温度変化に対する対応力が高まる。
また、直接圧力を加える実施の形態１、２と比較して、温度制御を行う機構は構造が単純であり、装置全体を小型化しやすい。
これにより、浮沈子位置制御装置７００を他のシステムに組み込む場合や、複数台を組み合わせて使用する場合に、装置各部の配置・収納に余裕ができるため、大規模化した場合の使用スペース縮小が見込める。さらには、動作部７０４は温度制御を行うものであるため、駆動音を実施の形態１、２よりも小さく抑えることができる。

以上の実施の形態１〜３において、浮沈子の位置を制御する構成・動作を説明したが、浮沈子の速度も同様に制御することができる。
また、浮沈子を間接的に制御するため、圧力・熱を用いたが、それ以外に水圧・空気圧などを利用しても構わない。
さらには、浮沈子自体には、能動的に移動するための動力などを搭載しないものとして説明したが、必ずしもこれを妨げるものではなく、より広範な動作制御や動作補助のため、必要に応じて動力を備えてもよい。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、実施の形態１〜３の浮沈子位置制御装置を複数台配置し、情報提示装置を構成した例について説明する。

図１０は、本実施の形態４に係る情報提示装置の外観図である。
図１０は、浮沈子位置制御装置をデジタル時計の数字の形状に配置した例である。この時計の特徴は、数字の表示部分を構成する８つの部位がそれぞれ独立の浮沈子位置制御装置で構成されていることにある。
通常、デジタル時計における数字の表示部分を構成する８つの部位の表示切り替わりは瞬時に行われる。一方、図１０のように浮沈子を用いた情報提示装置の場合、表示の切り替わりはアナログ的であり、装置上部から見た場合は、じわりじわりと表示が切り替わり、装置横方向から見た場合は、浮沈子がゆらゆらと上昇・下降する様子が見て取れる。
このように、全体としてはデジタル的な性質を持っているものであるにもかかわらず、その構成要素がアナログ的であるこの時計は、表示形態の時刻が、じわりじわり、ゆらゆらと変化していくので、見ている者は、意識せずにリラックスでき、時間変化に対して余裕が生まれ、癒されるといった効果を生む。

この浮沈子位置制御装置を複数台組み合わせたデジタル時計を巨大なオブジェとして構成し、数字表示を担うそれぞれの浮沈子自体に、時刻表示機能を持たせるなどすれば、オブジェ遠方から見ると、オブジェ全体をデジタル時計として捉えることができ、オブジェ近傍から見ると、時計機能を備えたオブジェとして捉えることができる、といった使用法も可能である。

なお、本実施の形態４では、浮沈子位置制御装置をデジタル時計の形状に配置したが、これに限るものではなく、任意の文字・図形等の形状に配置することができる。
また、浮沈子は、空気に触れると変色するように構成してもよい。このように構成すると、浮沈子が媒質の外に露出した際にのみ変色することになるので、デジタル時計のようにデジタル的な情報を表す場合には、都合がよい。
また、容器部に充填する媒質を着色して透明度を抑えて構成するとともに、容器部を透明もしくは半透明に構成してもよい。これにより、媒質の着色による視覚的効果や、浮遊途中の浮沈子をぼんやりと見せる効果などが発揮でき、情報表現の幅が広がる。

実施の形態１に係る浮沈子位置制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。 浮沈子制御装置１００の具体的な構成例を示すものである。 浮沈子制御装置１００の動作フローである。 実施の形態２に係る浮沈子位置制御装置４００の機能構成を示すブロック図である。 浮沈子制御装置４００の具体的な構成例を示すものである。 浮沈子制御装置４００の動作フローである。 実施の形態３に係る浮沈子位置制御装置７００の機能構成を示すブロック図である。 浮沈子制御装置７００の具体的な構成例を示すものである。 浮沈子制御装置７００の動作フローである。 実施の形態４に係る情報提示装置の外観図である。

符号の説明

１００ 浮沈子位置制御装置、１０１ 入力部、１０２ 制御部、１０３ 計測部、１０４ 動作部、１０５ 容器部、１０６ 浮沈子、４００ 浮沈子位置制御装置、４０２ 制御部、４０３ 計測部、４０４ 動作部、４０５ 容器部、７００ 浮沈子位置制御装置、７０２ 制御部、７０３ 計測部、７０４ 動作部、７０５ 容器部。

Claims (8)

1. 第１媒質を満たした容器と、
   内部に第２媒質を満たし、前記第１媒質内に浮遊自在に配した浮沈子と、
   前記第１媒質に圧力を印加する動作部と、
   前記動作部の動作を制御する制御部と、
   前記浮沈子の目標位置を入力する入力部と、
   前記浮沈子の前記第１媒質内における位置を計測する計測部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記入力部から前記目標位置を表す情報を受け取るとともに、
   前記計測部から前記浮沈子の位置情報を逐次受け取り、
   前記浮沈子の位置が、前記目標位置から所定の閾値以上ずれている際には、
   前記第１媒質に印加する圧力を加減して、前記浮沈子の位置を目標位置に近づけるように、前記動作部を制御する
   ことを特徴とする浮沈子位置制御装置。
2. 前記動作部は、
   前記容器を外部から圧迫することにより前記第１媒質に圧力を印加する機構を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の浮沈子位置制御装置。
3. 前記動作部は、
   前記容器と連通し、前記第１媒質に圧力を直接的に印加可能な機構を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の浮沈子位置制御装置。
4. 前記動作部は、
   前記第１媒質の温度を調整することにより前記第１媒質に圧力を印加する機構を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の浮沈子位置制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の浮沈子位置制御装置を複数配置して、
   所定の形状となるように構成したことを特徴とする情報提示装置。
6. 前記浮沈子が前記第１媒質内の所定の位置に達したときに、
   複数の前記浮沈子が所定の文字を形づくるように前記浮沈子位置制御装置を配置した
   ことを特徴とする請求項５に記載の情報提示装置。
7. 前記浮沈子は、空気に触れると変色するように構成された
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の情報提示装置。
8. 前記第１媒質を着色した
   ことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の情報提示装置。

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